[发明专利]谐振式转换器的调节增益方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种调节增益方法及其装置，尤其涉及一种应用于谐振式转换器的调节增益方法及其装置。

背景技术

电源的有效操控及应用，在开发消费型及工业电子产品时，为一主要的考量重点。而现今用于电源转换系统的其中一种型式为谐振式转换器(resonant converter)，其包含有各种组态的电感-电容(L-C)网络，用以塑整电路中给定开关元件的电流或电压的波形。各式电子元件可被用于设计一谐振式转换器，而同步整流器(synchronous rectifiers，SRs)则常被用于需将交流电(AC)转为直流电(DC)的应用中。同步整流器包含有并联连接的一二极管及一晶体管(典型为一金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET)。在操作应用时，当该二极管处于一正向偏压，则该晶体管会被启动以减低压降，借以降低电路中损耗。

在实际工作状况下，不论是否使用同步整流器，该谐振式转换器均会遭遇一个问题，即在该转换器正常工作的范围中，其直流增益(nVo/Vin)为非单调性变化，即对应同一增益可能出现多个工作频率。再者，无论如何变化谐振式转换器的频率，其直流增益均无法为零值或趋近于零值。此将缩减谐振式转换器101作为电子应用或消费型设备内的电源控制机制的效能，而该效能指根据频率而获致一稳定且单调性(如线性)的增益反应，以避免元件损害；及产生一零直流增益，以由一零电压或趋近于零电压获致一平顺的起动波形。

图1A-图1C揭示针对谐振式转换器在其正常工作范围内时其开关频率与直流增益间的关系图。值得注意的是，对于典型谐振式转换器应用(如LLC谐振式转换器)，很难仅靠增加开关频率而降低其直流增益至一零值，以达成自零电压平顺地启动的要求。举例来说，图1A揭示了对轻负载及重负载两者的典型的直流增益曲线，x轴代表电路的标准化操作频率，为操作频率与该谐振电路的特征谐振频率的比值，y轴代表直流增益水准，为输出电压Vo乘n(变压器T的匝数比)与该输入电压Vin的比值。对于轻负载操作而言，在同一频率范围内，其直流增益曲线1001高于重负载者的曲线1003。随着开关频率的增加，该轻负载的增益均大于一特定值，如图1A中所示的0.7。不断增加频率至更高值不尽不会再明显的减少直流增益的净值，而且会增加电路元件的损耗而导致电路损坏(如过热，烧坏等)。

图1B为根据一示范实施例的电路图，其显示具一或更多寄生电容的谐振式转换器。在本实施例中，寄生电容Cp及Cs被分别导入该谐振式转换器电路系统的谐振网络及整流器网络以反映实际工作时电路的状况。通常，电子元件都含有一定的寄生参数，如寄生电容、电感或电阻等。变压器的线圈或开关元件都包含有寄生电容。因此电容CP 1005及CS 1007可被加至该转换器内以反映电路实际工作时的状况。

很不幸地，在轻负载操作时，电容会导致充电泵效应而增加直流增益。此现象举例说明于图1C，其揭示本发明示范实施例于加入电容元件的谐振式转换器对轻负载及重负载两者所模拟的直流增益曲线。充电泵效应，如图中的曲线1009所示，由于电容1005及1007会使更多能量传递至该谐振式转换器的输出端，而导致输出电压增加。此一现象更详尽的叙述于美国专利号第7,733,669内，于此均并入参详。

值得注意的是在图1C中的现象，由于该电荷帮浦充电泵效应的存在使在轻载状况下本来应单调变化的直流增益曲线1009a变成了一个非单调变化的曲线1009即对应不同操作频率(如频率f1及f2)具有同一增益水准(如增益＝A)。这样使电路的控制发生混乱，无法预期的增益特性将造成该转换器不稳定并承受高电源耗损。

技术缺陷发明内容

鉴于公知技术的限制与缺陷，本发明提出一种“谐振式转换器的调节增益方法及其装置”，通过调节控制谐振式转换器的直流增益使其达到最佳化，进而增加电源使用效率，改善了电源的使用性能。

本段摘述本发明的某些特征，其他特征将叙述于后续的段落。本发明通过附加的权利要求定义，其合并于此段落作为参考。

本发明的主要目的为提供一种谐振式转换器的调节增益方法及装置，通过调节控制谐振式转换器的直流增益，使其根据频率/移相角或其他变因而获致一稳定且单调性(如线性)的增益，并避免元件损害；同时可产生一零直流增益，以由一零电压获致一平顺的起动波形，同时可以增加电源使用效率。